CN102915927B

CN102915927B - 一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法

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Publication number: CN102915927B
Application number: CN201210382168.4A
Authority: CN
Inventors: 王海峰
Original assignee: HANGZHOU LION MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: HANGZHOU LION MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: CN102915927A

Abstract

本发明公开了一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法，解决现有技术的湿法腐蚀方法所存在的步骤多，操作复杂，不能有效兼顾底层金属层Ti的过腐蚀与残留，易造成高反压肖特基二极管的反向漏电及早期失效，二极管管芯的衬底表面会残留大量的金属离子的问题，本发明包括以下步骤：一次坚膜→Ni/Ag腐蚀→清洗→甩干→二次坚膜→Ti腐蚀→清洗→EDTA溶液腐蚀→清洗→甩干→去除光刻胶。本发明工艺步骤简单，便于操作，腐蚀时能较好地控制腐蚀速率，且能有效兼顾底层金属层Ti严重的过腐蚀与残留，同时能去除残留在二极管管芯的衬底表面的金属离子，避免金属离子对高反压肖特基二极管的电参数特性产生影响。

Description

一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法

技术领域

本发明涉及肖特基二极管制造技术领域，尤其是涉及一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法。

背景技术

肖特基二极管广泛应用于微波混频、检波及高速开关电路等领域，目前市场使用的肖特基二极管管芯的衬底正面自下而上依次蒸发镀有Ti层、Ni层、Ag层，其中Ti层作为粘附层，Ni层作为阻挡层，Ag层作为电极层，Ti层、Ni层、Ag层构成衬底的正面金属层。

目前在肖特基二极管的制造过程中，传统的湿法腐蚀是从上至下依次对衬底5上的Ag层2、Ni层3、Ti层4进行逐层腐蚀（见图1），在腐蚀Ag层2与Ni层3后，光刻胶1悬空，易造成光刻胶1翘角，使得光刻胶1与Ag层2之间产生缝隙从而失去保护作用，在最后进行Ti层4腐蚀时，Ag层2表面也会受到腐蚀，另外，光刻胶1悬空后，使得Ti层2两侧顶角的上表面均完全暴露，最后进行Ti层4腐蚀后，中间的Ni层3相对于上层的Ag层2及下层的Ti层4会凸出来，在后道封装过程中，易造成金属翘镍或掉镍，在压焊封装过程中拉力与可靠性差，另外，在进行腐蚀Ti层4的过程中，为防止Ti层4的过腐蚀，Ti层4的腐蚀时间短，通常只有10~15秒，由于湿法腐蚀的各向同性，Ti层4腐蚀时间又较短，在衬底5两侧顶角的上表面通常会残留有未腐蚀完全的Ti，而若要将衬底5两侧顶角的上表面Ti腐蚀完全，则需要提高腐蚀时间，一旦提高腐蚀时间，又很容易对Ti造成严重的过腐蚀，使得Ti层4的腐蚀深度过大，因此目前的湿法腐蚀工艺不能兼顾Ti金属过腐蚀与残留，而不管是衬底5两侧顶角的上表面残留有Ti或Ti层4过腐蚀，均对肖特基二极管的电参数特性有较大影响，尤其是对于高反压二极管，极易造成二极管的反向漏电及早期失效。

中国专利申请公布号：CN101710571A，申请公布日2010.05.19，公开了一种二极管金属结构正反向腐蚀工艺，该腐蚀工艺先通过正向腐蚀，从上至下依次腐蚀金属电极层银、粘附金属层钛、阻挡金属层钛钨合金、底层金属层钛，再通过反向腐蚀，从下至上再依次腐蚀阻挡金属层钛钨合金、粘附金属层钛、金属电极层银，使金属结构腐蚀后的边缘出现整齐现象，该腐蚀工艺腐蚀步骤多，操作复杂，此外，该工艺依然不能有效兼顾底层金属层Ti的过腐蚀与残留，易造成二极管的反向漏电及早期失效，同时，在该腐蚀工艺中，二极管管芯的衬底表面会残留大量的金属离子，会对高反压肖特基二极管的电参数特性产生影响，极易造成高反压肖特基二极管的反向漏电及早期失效。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的湿法腐蚀方法所存在的步骤多，操作复杂，不能有效兼顾底层金属层Ti的过腐蚀与残留，易造成高反压肖特基二极管的反向漏电及早期失效，二极管管芯的衬底表面会残留大量的金属离子，影响高反压肖特基二极管电参数特性的问题，提供了一种工艺步骤简单，能有效兼顾底层金属层Ti的过腐蚀与残留，同时又能有效去除衬底表面残留的金属离子的高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法，包括以下步骤：

（1）在管芯衬底上的正面金属层结构表面涂上光刻胶后进行一次坚膜。由于湿法腐蚀的各向同性，在湿法腐蚀时位于顶层的Ag层表面也会受到腐蚀，在正面金属层表面涂上光刻胶后，光刻胶可作为掩膜，在进行湿法腐蚀时可以有效保护其下表面的Ag层表面不受腐蚀；一次坚膜以去除显影液和水分，使光刻胶定型更加坚固，同时使光刻胶进一步聚合而提高光刻胶的抗蚀能力。

（2）采用第一腐蚀液对正面金属层进行Ni/Ag腐蚀，腐蚀后清洗，甩干。本发明对Ni、Ag层同时进行腐蚀，减少了腐蚀的工艺步骤，清洗用于去除表面的污染物，以下步骤中的清洗作用均相同。

（3）对光刻胶进行二次坚膜。二次坚膜可以使光刻胶覆盖在Ti层两侧暴露的顶角上表面，在进行Ti层腐蚀时对Ti层两侧暴露的顶角上表面形成保护，使得Ti层在深度方向的腐蚀速率降低，这样便可以提高腐蚀时间，使衬底两侧顶角的上表面的Ti能充分腐蚀，同时也可避免Ti层严重的过腐蚀，通过二次坚膜有效解决了现有腐蚀工艺不能兼顾底层金属层Ti的过腐蚀与残留的问题，另外，Ti腐蚀后，Ti层、Ni层、Ag层的剖面形成等腰梯形，且正面金属层的腐蚀边缘形成台阶结构，提高了管芯在压焊封装过程中的拉力与可靠性。

（4）采用第二腐蚀液对正面金属层进行Ti腐蚀，腐蚀后清洗。

（5）对正面金属层进行EDTA溶液腐蚀，腐蚀后清洗，甩干，最后去除光刻胶即完成正面金属层的腐蚀。本发明在腐蚀过程中增加EDTA溶液腐蚀，EDTA溶液腐蚀能去除残留在二极管管芯的衬底表面的金属离子，避免金属离子对二极管的电参数特性产生影响。

作为优选，步骤（1）中光刻胶的厚度为2~4μm。

作为优选，步骤（1）中的一次坚膜与步骤（3）中的二次坚膜均在氮气烘箱中进行，一次坚膜与二次坚膜的条件均为：温度110~150℃，N₂流量20~25L/minL/min，烘烤时间20~30min。坚膜不足，光刻胶没有烘透，不够坚固，在腐蚀时会发生浮胶，使得光刻胶与Ag层表面之间产生缝隙从而使光刻胶失去保护作用，在进行腐蚀时，会对Ag层表面产生腐蚀，而坚膜过度，则使光刻胶因热膨胀产生翘曲或剥落，同样会发生浮胶，本发明通过对坚膜条件的优化，使得光刻胶抗蚀性能好，与Ag层之间的黏附性强，大大提高光刻胶在腐蚀中保护下表面（即Ag层表面）的能力。

作为优选，步骤（2）中Ni/Ag腐蚀的具体方法为：将管芯在第一腐蚀液中浸泡腐蚀4~8min，第一腐蚀液温度为18~22℃，所述第一腐蚀液为含HNO₃与CH₃COOH的水溶液，第一腐蚀液中HNO₃与CH₃COOH的总质量浓度为60~80%，HNO₃与CH₃COOH的质量比为1：2~3。通过对第一腐蚀液配方与工艺的优化改进，使得Ni层与Ag层能同时腐蚀，同时能更好地控制Ni层与Ag层的腐蚀速率均匀性。

作为优选，步骤（4）中Ti腐蚀的具体方法为：将管芯在第二腐蚀液中浸泡腐蚀30~45S，第二腐蚀液温度为18~22℃，所述第二腐蚀液为含HNO₃、HF及CH₃COOH的水溶液，第二腐蚀液中HNO₃、HF与CH₃COOH的总质量浓度为10~15%，HNO₃、HF及CH₃COOH的质量比为3~5：1：2。通过对第二腐蚀液配方与工艺的优化改进，在腐蚀时能更好地控制Ti层的腐蚀速率均匀性。

作为优选，步骤（5）中EDTA溶液腐蚀的具体方法为：将管芯在EDTA溶液中浸泡20~30S，EDTA溶液浓度为1~1.5%。

作为优选，步骤（2）及步骤（5）中清洗的具体方法为：将管芯置于去离子水中溢流2~4min，去离子水的温度为18~22℃。溢流2~4min，去离子水的温度为18~22℃，清洗效果佳。

作为优选，步骤（2）及步骤（5）中甩干的具体方法为：将管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机转速为1600~2400rpm，时间为6~12min，N₂加热温度为20~60℃。半导体甩干机转速为1600~2400rpm，时间为6~12min，N₂加热温度为20~60℃，甩干速度快，效果佳。

因此，本发明具有如下有益效果：

（1）Ni 、Ag层同时进行腐蚀，减少了腐蚀的工艺步骤；

（2）在腐蚀过程中增加EDTA溶液腐蚀，EDTA溶液腐蚀能去除残留在二极管管芯的衬底表面的金属离子，避免金属离子对二极管的电参数特性产生影响；

（3）增加二次坚膜，提高Ti层腐蚀时间，使衬底两侧顶角的上表面的Ti能充分腐蚀，同时避免Ti层严重的过腐蚀，有效解决了现有腐蚀工艺不能兼顾底层金属层Ti严重的过腐蚀与残留的问题；

（4）腐蚀时能较好地控制腐蚀速率；

（5）工艺步骤简单，便于操作。

附图说明

图1是经传统湿法腐蚀方法腐蚀之后高反压肖特基二极管正面金属层的剖面示意图。

图2 是高反压肖特基二极管正面金属层在实施例1中未腐蚀时的剖面示意图。

图3是高反压肖特基二极管正面金属层在实施例1中二次坚膜后的剖面示意图。

图4是高反压肖特基二极管正面金属层在实施例1中经Ti腐蚀后的剖面示意图。

图中：光刻胶1，Ag层2，Ni层3，Ti层4，衬底5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

（1）如图2所示，在自下而上依次蒸发镀有Ti层4、Ni层3、Ag层2的肖特基二极管管芯衬底5上的正面金属层结构表面涂上厚度为2μm的光刻胶1后，将管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行一次坚膜，一次坚膜的温度为110 ℃，N₂流量为20L/min，烘烤时间为30min。

（2）将管芯在第一腐蚀液中浸泡4min进行Ni/Ag腐蚀，第一腐蚀液为含HNO₃与CH₃COOH，温度为18℃的水溶液，第一腐蚀液中HNO₃与CH₃COOH的总质量浓度为80%，HNO₃与CH₃COOH的质量比为1：3，腐蚀后将管芯置于温度为18℃的去离子水中溢流2min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为1600rpm，时间为12min，N₂加热温度为20℃。

（3）将步骤（2）得到的管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行二次坚膜，二次坚膜后光刻胶1覆盖在Ti层4两侧暴露的顶角上表面形成保护（见图3），二次坚膜的温度为110℃，N₂流量为20L/min，烘烤时间为30min。

（4）将步骤（3）所得的管芯在第二腐蚀液中浸泡腐蚀30S进行Ti腐蚀，Ti腐蚀后，Ti层4、Ni层3、Ag层2的剖面形成等腰梯形，且正面金属层的腐蚀边缘形成台阶结构（见图4），第二腐蚀液为含HNO₃、HF及CH₃COOH，且温度为18℃的水溶液，第二腐蚀液中HNO₃、HF与CH₃COOH的总质量浓度为15%，HNO₃、HF及CH₃COOH的质量比为3：1：2，腐蚀后将管芯置于温度为18℃的去离子水中溢流2min进行清洗。

（5）将步骤（3）所得的管芯在EDTA溶液中浸泡20S进行EDTA溶液腐蚀，EDTA溶液质量浓度为1.5%，腐蚀后将管芯置于温度为18℃的去离子水中溢流4min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为1600rpm，时间为12min，N₂加热温度为20℃，最后去除光刻胶1即完成正面金属层的腐蚀。

实施例2

本实施例各步骤中高反压肖特基二极管正面金属层的剖面示意图均与实施例1相同，故不在此赘述，与实施例1的不同之处在于各步骤中的工艺参数：

（1）如图1所示，在自下而上依次蒸发镀有Ti层4、Ni层3、Ag层2的肖特基二极管管芯衬底5上的正面金属层结构表面涂上厚度为3μm的光刻胶1后，将管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行一次坚膜，一次坚膜的温度为130℃，N₂流量为22 L/min，烘烤时间为25min。

（2）将管芯在第一腐蚀液中浸泡5min进行Ni /Ag腐蚀，第一腐蚀液为含HNO₃与CH₃COOH，温度为20℃的水溶液，第一腐蚀液中HNO₃与CH₃COOH的总质量浓度为70%，HNO₃与CH₃COOH的质量比为1：2.5，腐蚀后将管芯置于温度为20℃的去离子水中溢流3min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为2000rpm，时间为10min，N₂加热温度为40℃。

（3）将步骤（2）得到的管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行二次坚膜，二次坚膜后光刻胶1覆盖在Ti层4两侧暴露的顶角上表面形成保护（见图2），二次坚膜的温度为130 ℃，N₂流量为22 L/min，烘烤时间为25min。

（4）将步骤（3）所得的管芯在第二腐蚀液中浸泡腐蚀35S进行Ti腐蚀，Ti腐蚀后，Ti层4、Ni层3、Ag层2的剖面形成等腰梯形，且正面金属层的腐蚀边缘形成台阶结构（见图3），第二腐蚀液为含HNO₃、HF及CH₃COOH，且温度为20℃的水溶液，第二腐蚀液中HNO₃、HF与CH₃COOH的总质量浓度为12%，HNO₃、HF及CH₃COOH的质量比为4：1：2，腐蚀后将管芯置于温度为20℃的去离子水中溢流3min进行清洗。

（5）将步骤（3）所得的管芯在EDTA溶液中浸泡25S进行EDTA溶液腐蚀，EDTA溶液质量浓度为1.3%，腐蚀后将管芯置于温度为20℃的去离子水中溢流3min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为2000rpm，时间为10min，N₂加热温度为40℃，最后去除光刻胶1即完成正面金属层的腐蚀。

实施例3

（1）如图1所示，在自下而上依次蒸发镀有Ti层4、Ni层3、Ag层2的肖特基二极管管芯衬底5上的正面金属层结构表面涂上厚度为4μm的光刻胶1后，将管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行一次坚膜，一次坚膜的温度为150 ℃，N₂流量为25L/min，烘烤时间为20min。

（2）将管芯在第一腐蚀液中浸泡8min进行Ni /Ag腐蚀，第一腐蚀液为含HNO₃与CH₃COOH，温度为22℃的水溶液，第一腐蚀液中HNO₃与CH₃COOH的总质量浓度为60%，HNO₃与CH₃COOH的质量比为1：2，腐蚀后将管芯置于温度为22℃的去离子水中溢流4min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为2400rpm，时间为6min，N₂加热温度为60℃。

（3）将步骤（2）得到的管芯置于氮气烘箱中对光刻胶1进行二次坚膜，二次坚膜后光刻胶1覆盖在Ti层4两侧暴露的顶角上表面形成保护（见图2），二次坚膜的温度为150 ℃，N₂流量为25 L/min，烘烤时间为20min。

（4）将步骤（3）所得的管芯在第二腐蚀液中浸泡腐蚀45S进行Ti腐蚀，Ti腐蚀后，Ti层4、Ni层3、Ag层2的剖面形成等腰梯形，且正面金属层的腐蚀边缘形成台阶结构（见图3），第二腐蚀液为含HNO₃、HF及CH₃COOH，且温度为22℃的水溶液，第二腐蚀液中HNO₃、HF与CH₃COOH的总质量浓度为10%，HNO₃、HF及CH₃COOH的质量比为5：1：2，腐蚀后将管芯置于温度为22℃的去离子水中溢流4min进行清洗。

（5）将步骤（3）所得的管芯在EDTA溶液中浸泡30S进行EDTA溶液腐蚀，EDTA溶液质量浓度为1%，腐蚀后将管芯置于温度为22℃的去离子水中溢流4min进行清洗，清洗后的管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机的转速为2400rpm，时间为6min，N₂加热温度为60℃，最后去除光刻胶1即完成正面金属层的腐蚀。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种高反压肖特基二极管正面金属层的湿法腐蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在管芯衬底上的正面金属层结构表面涂上光刻胶后进行一次坚膜；

（2）采用第一腐蚀液对正面金属层进行Ni/Ag腐蚀，腐蚀后清洗，甩干，Ni/Ag腐蚀的具体方法为：将管芯在第一腐蚀液中浸泡腐蚀4~8min，第一腐蚀液温度为18~22℃，所述第一腐蚀液为含HNO₃与CH₃COOH的水溶液，第一腐蚀液中HNO₃与CH₃COOH的总质量浓度为60~80%，HNO₃与CH₃COOH的质量比为1：2~3；

（3）对光刻胶进行二次坚膜，二次坚膜后光刻胶覆盖在Ti层两侧暴露的顶角上表面形成保护；

（4）采用第二腐蚀液对正面金属层进行Ti腐蚀，腐蚀后清洗，Ti腐蚀后，Ti层（4）、Ni层（3）、Ag层（2）的剖面形成等腰梯形，且正面金属层的腐蚀边缘形成台阶结构，Ti腐蚀的具体方法为：将管芯在第二腐蚀液中浸泡腐蚀30~45S，第二腐蚀液温度为18~22℃，所述第二腐蚀液为含HNO₃、HF及CH₃COOH的水溶液，第二腐蚀液中HNO₃、HF与CH₃COOH的总质量浓度为10~15%，HNO₃、HF及CH₃COOH的质量比为3~5：1：2；

（5）对正面金属层进行EDTA溶液腐蚀，腐蚀后清洗，甩干，最后去除光刻胶即完成正面金属层的腐蚀。

2.根据权利要求1所述的湿法腐蚀方法，其特征在于，步骤（1）中光刻胶的厚度为2~4μm。

3.根据权利要求1或2所述的湿法腐蚀方法，其特征在于，步骤（1）中的一次坚膜与步骤（3）中的二次坚膜均在氮气烘箱中进行，一次坚膜与二次坚膜的条件均为：温度110~150℃，N₂流量20~25L/min，烘烤时间20~30min。

4.根据权利要求1所述的湿法腐蚀方法，其特征在于，步骤（5）中EDTA溶液腐蚀的具体方法为：将管芯在EDTA溶液中浸泡20~30S，EDTA溶液浓度为1~1.5%。

5.根据权利要求1所述的湿法腐蚀方法，其特征在于，步骤（2）及步骤（5）中清洗的具体方法为：将管芯置于去离子水中溢流2~4min，去离子水的温度为18~22℃。

6.根据权利要求1所述的湿法腐蚀方法，其特征在于，步骤（2）、步骤（4）及步骤（5）中甩干的具体方法为：将管芯置于半导体甩干机中甩干，半导体甩干机转速为1600~2400rpm，时间为6~12min，N₂加热温度为20~60℃。